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多项性能超越人眼!仿生眼领域重大突破登上 Nature

作者:admin发布时间:2020-05-22分类:网路资讯浏览:5评论:0


导读:原标题:多项性能超越人眼!仿生眼领域重大突破登上Nature能帮助视觉受损者重见光明的技术,除了角膜移植、脑电技术、还有仿...
原标题:多项性能超越人眼!仿生眼领域重大突破登上 Nature

能帮助视觉受损者重见光明的技术,除了角膜移植、脑电技术、还有仿生眼。

2015 年,美国明尼苏达州一位名为 Allen Zderad 的 68 岁男子在失明 10 年之后,凭借一双“仿生眼”重见光明。

不得不说,仿生眼给了我们希望,但也依然比较遥远——其中的一个难点就在于眼镜的球形结构和视网膜

而近日,来自香港科技大学电子及计算机工程学系范智勇团队、加州大学伯克利分校电气工程与计算机科学系和美国劳伦斯伯克利国家实验室材料科学部的一组研究人员就视网膜问题提出了最新的方案。

2020 年 5 月 20 日,该团队题为 A biomimetic eye with a hemispherical perovskite nanowire array retina(具有半球形钙钛矿纳米线阵列视网膜的仿生眼)的论文在线发表于《自然》(Nature)杂志。

多项性能超越人眼!仿生眼领域重大突破登上 Nature

具有半球形视网膜的电化学眼

相比相机中的平面图像传感器,人眼具有天然的巧妙光学布局:球形的视网膜减少了从晶状体通过的光线,因此突出了焦点。

多项性能超越人眼!仿生眼领域重大突破登上 Nature

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具有特殊的图像感知特性,如视野宽、分辨率高、像差低、灵敏度高。然而要想研发出满足上述特性的仿生眼谈何容易。

而该研究团队的方案是,设计一种由高密度(密度高达 4.6×10-8  cm–2,远高于人眼视网膜中的感光器密度 10-7 cm–2)纳米线阵列组成的、具有半球形视网膜的电化学眼 EC-EYE(EyeroChemical EYE),旨在模仿人眼视网膜上的光感受器。

多项性能超越人眼!仿生眼领域重大突破登上 Nature

具体的结构、运作方式如下:

如上图所示,晶状体(Lens)固定在仿生眼的小孔上,仿生眼由前侧的金属壳(Aluminium shell)、后侧的人造视网膜(Retina)和中间的离子液体(lonic liquid)组成。

而这项研究最主要的突破是后侧的半球形视网膜,从上图可以清晰地看到密集排列的光敏纳米线(Nanowire,模拟人眼视网膜中的感光细胞)被固定在氧化铝膜(Aluminium shell)的孔中。 聚合物插座(Socket)用于固定视网膜,确保纳米线和背面的液态金属线(Liquid-metal Wire)之间的电接触。而液态金属线通过将信号从纳米线传输到用于信号处理的外部电路来模拟神经纤维。

仿生眼领域的一次显著突破

那么基于这样的设计,其效果如何呢?

多项性能超越人眼!仿生眼领域重大突破登上 Nature

【该设计的艺术化形象】

在论文中,通过重建投射到设备上的光学图案,研究团队演示了仿生眼的图像感测功能,从而发现,这一仿生眼相比此前的一些设计可以说是脱颖而出,主要在于以下一些方面:

与此同时,这一仿生眼也面临着一些挑战:

但客观来讲,这一设计已经是过去几十年以来仿生眼领域的一次显著突破了。

雷锋网注意到,其突破不仅在于这一仿生眼模仿了人眼,也是通过模仿对类似昆虫的复眼等结构来实现的。

而基于这项研究所取得的进展,仿生光敏器件可实现进一步的优化,未来十年内将仿生眼应用于消费类电子产品、机器人等广泛的场景也可以说是指日可待了。

正如论文合著者之一范志勇教授所说:

我们希望在生物相容性、稳定性等方面进一步改善。我认为,如果一切都按计划进行的话,那么该技术有可能在 5 年内落地应用。

我们希望在生物相容性、稳定性等方面进一步改善。我认为,如果一切都按计划进行的话,那么该技术有可能在 5 年内落地应用。

正如上文所述,香港科技大学电子及计算机工程学系范智勇团队参与了此项研究。

多项性能超越人眼!仿生眼领域重大突破登上 Nature

根据香港科技大学官网,范智勇教授团队迄今已在顶级期刊上发表了 170 多篇研究论文,引用次数达 18,000 次。

范智勇教授分别于 1998 年和 2001 年在复旦大学获得物理电子学学士、硕士学位,于 2006 年获得加州大学欧文分校材料科学博士学位。

2007-2010 年,范智勇教授在加州大学伯克利分校电气工程与计算机科学系与美国劳伦斯伯克利国家实验室担任博士后研究员。

2010 年 5 月,范智勇教授加入香港科技大学,任电子及计算机工程学系副教授。

此外,他还是自然出版集团开放获取期刊《科学报告》编辑委员会成员和施普林格《纳米研究快讯》副主编。范智勇教授同时也担任《自然材料》、《自然纳米技术》、《自然通讯》、《纳米通讯》、《ACS 纳米》、《先进材料》、《能源与环境科学》、《应用化学》、《ieee edl》等杂志的审稿人。

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引用来源:

雷锋网

标签:人眼Nature视网膜领域超越球形团队研究人员高密度设计


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